「ＥＵＶ露光」実用へ光、東芝・ニコンなど高感度感光材、半導体の微細加工進化、回路形成、10倍速く

[ 2015年5月28日 / 日経産業新聞 ]
　半導体の性能を飛躍的に伸ばす新しい微細加工技術が進展する。東芝やニコンの企業連合が極紫外線（ＥＵＶ）と呼ぶ次世代露光装置に使う高感度感光材（レジスト）を開発した。海外勢も光源の出力向上を実現。いまの技術では困難とされていた回路線幅１０ナノ（ナノは１０億分の１）メートル以下の「壁」を突破する道筋が見えてきた。量産ターゲットは２０１７年。個人が膨大な動画やデータを扱う時代は目の前にある。

線幅１０ナノメートル以下

　光源の波長は短ければ短いほど、より微細な回路を加工できる。現在最先端の半導体は回路線幅１４〜１５ナノメートル。波長１９３ナノメートルのＡｒＦ（フッ化アルゴン）レーザーで量産している。１０ナノメートル以下の半導体を効率よく作るにはＥＵＶの実用化が欠かせないが、これに適するレジストが必要だった。

　新しいレジストを開発したのは東芝、ニコンに富士フイルムや信越化学工業、大日本印刷などを加えた国内１１社が出資するＥＵＶＬ基盤開発センター（ＥＩＤＥＣ、茨城県つくば市）。波長が１３・５ナノメートルと極めて短いＥＵＶに高感度で反応する金属由来のレジスト素材を開発した。通常の有機化合物のレジストと異なり、ＥＵＶを吸収しやすい。露光時間を短くでき、従来比１０倍の速さで回路を形成できる。

　現在ＡｒＦレーザーの露光装置は１時間あたり２００枚の半導体ウエハーを加工できるが、従来のＥＵＶ露光で有機化合物レジストを使うと同５０枚しか処理できなかった。新開発のレジストを使えば露光工程の生産性は大幅に向上する。

　線幅１７ナノメートルの回路パターンをＥＵＶで素早く形成する実験に成功した。米インテルや韓国サムスン電子、半導体ファウンドリー（受託生産会社）最大手のＴＳＭＣ（台湾積体電路製造）と共同で研究を進める見通しだ。

　生産性にかかわる光源の出力向上技術も進んできた。半導体露光装置で世界首位のオランダのＡＳＭＬは従来の数十ワットから約８０ワットまで引き上げることに成功。ＥＩＤＥＣが開発したレジスト技術と組み合わせれば、１０ナノメートル以下の半導体量産に向けて大きく前進する。

能力２〜４倍に

　７〜１０ナノメートルの半導体が実現すれば、プロセッサーの処理能力は２〜４倍に向上し、フルハイビジョンの４倍の解像度がある４Ｋ動画をスマートフォンで送受信できるとみられる。メモリーの記録能力も大幅に増え、ＳＤカード１枚で数テラ（テラは１兆）バイトのデータを記録できる見通し。

　ＥＵＶは技術的なハードルが高く、実用化時期は業界各社が想定していたよりも大幅に遅れていた。このためメモリーなどではトランジスタを３次元に積層したり、半導体チップを積み重ねてひとつの製品に組み立てたりする技術を併用して性能を高めてきた。

　ＥＩＤＥＣは２０１１年に設立し、ＥＵＶ露光の要素技術の研究開発に的を絞ってきた。新開発のレジストは出資企業の富士フイルムやＪＳＲ、東京応化工業が世界の半導体メーカーに提供する予定だ。（細川幸太郎）

　▼ＥＵＶ露光　半導体の回路パターンをシリコン基板上に転写する露光技術の１つ。光源に波長が１３・５ナノ（ナノは１０億分の１）メートルと極めて短い極紫外線（ＥＵＶ）を利用する。現在主流のＡｒＦ（フッ化アルゴン）方式の波長１９３ナノメートルと比べて１０分の１以下。露光技術では光源の波長が短いほど、微細な回路線幅を実現できる。ただ現状ではＥＵＶ光源の出力が低く、生産速度が遅いため実用化には至っていない。